JP2014226098A - 水耕栽培装置および水耕栽培方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機質肥料液等の養液を用いた水耕栽培を効率的に行う。
【解決手段】水耕栽培装置１０の栽培槽１１内に供給された養液１４は、排液路１６上面の高さまで溜まると、排液路１６内に流れ込む。これにより、養液１４の水位は、排液路１６上面の高さと同じ高さに調節される。養液１４の液面上および排液路１６の上面の上に、シート１３が載置される。シート１３は網目の一辺の長さが３０μｍ以上８０μｍ以下の細かいメッシュ状のシートである。このため、シート１３は、養液１４を少量ずつしか透過させない。これにより、シート１３は、養液１４の液面上に浮かぶように載置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に有機質肥料液を用いた水耕栽培装置に関し、特に有機質肥料液等の養液と植物の根を特殊な防根透水シートで隔離することによって適切な量の有機質肥料液等の養液を植物の根に供給する水耕栽培装置および水耕栽培方法に関する。

従来の水耕栽培としては、化学肥料を用いる薄膜型水耕（ＮＦＴ：Nutrient Film Technique）、湛液型水耕（ＤＦＴ：Deep Flow Technique）に代表されるように、無機肥料が溶け込んだ水（養液）を循環させる栽培方式等が用いられている。特許文献１および２に示されるように、養液が蓄えられた養液タンクと、農作物が配置される栽培槽との間で、養液を循環させることで、農作物の根に養分を効率よく供給することができる。

特開平５−７４２６号公報 特開平９−２２４５０９号公報

しかしながら、特に有機質肥料液を養液として用いる水耕栽培において、従来のＤＦＴでは栽培槽の水深が深いため、根に共生する微生物の影響等により水中根が過繁茂となり、共生する微生物量も著しく増加する。その結果、根圏の酸素不足を招き、根腐れが生じて植物が枯死する。
また、水深が浅く、根への酸素供給が容易であるＮＦＴで栽培したところ、根がマット状に密に発達した。しかし、ＮＦＴは水深が浅く、且つ、ＤＦＴより有機質肥料液等の養液の流量が少ない。このため、密に発達したマット状の根が障害となり、有機質肥料液等の養液の循環が滞って栽培槽から有機質肥料液等の養液がオーバーフローしたり、肥料が全ての苗の根に行き渡らないという事態が生ずる。これによって、栽培槽の上流部（給液部）と下流部（排液部）で液温や溶存酸素濃度（ＤＯ）の差が生ずる。のみならず、有機質肥料液等の養液の濃度にも差が生じて、植物の生育不良を招くという問題があった。

本発明は、上述の事情の下になされたもので、有機質肥料液等の養液を用いた水耕栽培を効率的に行うことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る水耕栽培装置は、
養液が供給される栽培槽と、
前記栽培槽の内部で、植物の苗を支持する支持手段と、
前記支持手段に支持される前記苗の下方に架設され、前記養液に含まれる微生物が透過可能で、前記苗の根が透過不可能なシートと、
前記シートの上方に位置する前記苗へ、前記シートの下方から前記養液を供給する供給手段と、
を備える。

前記栽培槽は排液口を有し、
前記排液口には排液路が接続されており、
前記排液路が直接に前記シートを持ち上げることによって前記養液の水位を調節することとしてもよい。

前記栽培槽は排液口を有し、
前記排液口には排液路が接続されており、
前記栽培槽を、前記苗が収容される部分と、前記排液口を含む部分に区分し、前記栽培槽内の前記養液の水位を調節する堰部材を備え、
前記シートは、上面が前記苗の根に接触し、下面が前記養液の液面に接触して前記養液を下面側から上面側へ透過させ、前記養液の水位が上下するのに伴って上下し、前記微生物は透過できるが前記苗の根は透過できない大きさの多数の孔を有するシートであることとしてもよい。

前記養液を貯留する養液タンクを備え、
前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を前記栽培槽へ供給することとしてもよい。

前記排液路は、前記排液口から排出された前記養液を、前記養液タンクへ戻すこととしてもよい。

前記栽培槽の内底面の全面を覆う防水シートを有することとしてもよい。

前記栽培槽の内部において、前記養液が流れる方向とは垂直な方向の前記シートの一端または両端が、前記栽培槽の内面に沿って下方に入り込んでいることとしてもよい。

前記養液に溶解した肥料は、有機質肥料を含有することとしてもよい。

前記苗の根は、表面にバイオフィルムが形成されることとしてもよい。

前記植物は、果菜類であることとしてもよい。

前記植物を前記シートの下から支持する架台を有することとしてもよい。

上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る水耕栽培方法は、
植物を栽培するための水耕栽培方法であって、
微生物は透過できるが前記植物の苗の根は透過できない大きさの多数の孔を有するシートを、前記植物の苗を支持する栽培槽に設ける工程と、
前記植物の苗を、前記シートの上に配置する工程と、
肥料が溶解した養液を前記栽培槽内の前記シートの下に供給する工程と、
を含む。

前記シートの前記栽培槽の内底面からの高さを調節する工程を含むこととしてもよい。

前記肥料は、有機質肥料を含有することとしてもよい。

前記植物の苗の根の表面にバイオフィルムを形成する工程を含むこととしてもよい。

前記苗を、前記シートの上に培土ごと配置することとしてもよい。

本発明によれば、有機質肥料を含む有機質肥料液等の養液と植物の根を特殊な防根透水シートで隔離することによって、有機質肥料液等の養液を用いた水耕栽培を効率的に行うことができる。
本発明の他の効果として、植物の根が防根透水シート上面に沿って伸びるので、植物の根に大気中の酸素が取り込み易くなるとともに、根腐れなどの病害が防止される。
本発明の他の効果として、防根透水シ−ト内の養液に植物の根が入り込まないことにより、養液は滞ることなく循環することができるので、循環する養液の濃度、温度および溶存酸素濃度は均一化され、同時に栽培する栽培槽の全ての植物を均一的に生長させることができる。
本発明の他の効果として、養液の水面の高さを調節することによって根にかかる水分ストレスを変化させ、植物の生長を調整することができる。

本発明の実施形態１に係る水耕栽培装置の全体構成を示す模式図である。 図１の２−２断面図である。 支持ボードの斜視図である。 支持ボードの平面図である。 本発明の実施形態２に係る水耕栽培装置の全体構成を示す模式図である。 図５の６−６断面図である。 本発明の実施形態３に係る水耕栽培装置のＹ−Ｚ方向の断面を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、理解を容易にするため、ＸＹＺ座標を設定し、適宜参照する。図中、矢印Ｚは、垂直方向を指す。矢印ＸおよびＹは、水平方向を指す。

［実施形態１］
図１は、本実施形態１に係る水耕栽培装置１０の全体構成を示す図である。図１に示されるように、水耕栽培装置１０は、栽培槽１１と、シート１３と、支持ボード１７と、架台１８と、防水シート１９と、肥料が溶解した養液１４を栽培槽１１内に供給する供給手段２０とを備える。供給手段２０は、養液タンク２１と、給液ポンプ２２と、給液配管２３、２３ａとから構成される。養液タンク２１には、養液１４内に空気を送り込むために、図示しない曝気装置が設けられている。給液配管２３、２３ａは、塩化ビニル樹脂製のパイプである。

栽培槽１１は、上方が開放された、長手方向をＸ方向とする箱形の水槽である。栽培槽１１は、その内底面１１ａの−Ｘ側の端に排液口１２を有している。排液口１２には、排液路１６が接続されている。

本実施形態１の栽培槽１１は、厚さ２５ｍｍのスタイロフォーム（登録商標）で作製されている。スタイロフォームは、ダウ化工（株）製の特殊発泡スチロールである。スタイロフォームは、軽くて強度が高く、耐水性にも優れている。なお、栽培槽１１を作製するための発泡スチロールは、スタイロフォームに限られるものではなく、軽量で断熱性のあるものであればよい。栽培槽１１は、このスタイロフォームの板で組み立てられている。栽培槽１１は、図示しないアルミ製プロファイルの支持台上に載置されている。なお、支持台は、金属製の直管パイプで構成してもよい。

シート１３は、長方形の織物からなるシートである。シート１３の大きさは、１２５ｃｍ×３００ｃｍである。シート１３は、微生物および養液１４は透過できるが、苗Ｐの根Ｐ１は透過できない大きさの多数の孔を有する。なお、本実施形態１においては、シート１３はメッシュ状の織物であり、ここでいう「孔」とはより厳密には「網目」である。
シート１３の−Ｘ側の端には、排液口１２に排液路１６が設けられて高さが調節される。すなわち、排液路１６の上面の高さ位置は、任意に調節可能となっている。

細菌の大きさは典型的には２μｍ以上３μｍ以下の範囲内にあり、広くても１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内である。苗の根は、例えばトマトの根で最も細くても直径１ｍｍ程度である。したがって、シート１３の網目の一辺の長さは、１０μｍ以上８００μｍ以下である。シート１３の網目は、一辺の長さが１５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。また、シート１３の網目は、一辺の長さが２０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。さらに確実に、微生物（および養液１４）を通して苗Ｐの根Ｐ１を通さないためには、網目の一辺の長さが３０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。

本実施形態１においては、シート１３として、東洋紡（株）製の防根透水シート（品番ＢＫＳ０８１２）を用いている。この防根透水シートの網目の一辺の長さは、３０μｍ以上８０μｍ以下である。

栽培槽１１内に供給された養液１４は、排液路１６上面の高さまで溜まると、排液路１６内に流れ込む。これにより、養液１４の水位は、排液路１６上面の高さと同じ高さに調節される。養液１４の液面上および排液路１６の上面の上に、シート１３が載置される。上述したように、シート１３は網目の一辺の長さが３０μｍ以上８０μｍ以下の細かいメッシュ状のシートである。このため、シート１３は、養液１４を少量ずつしか透過させない。これにより、シート１３は、養液１４の液面上に浮かぶように載置される。シート１３のＸ方向の長さは、栽培槽１１のＸ方向の長さより長い。シート１３のＸ方向の両端は、栽培槽１１の外側に垂れ下がっている。

図２は、図１の２−２断面図である。図２に示されるように、苗Ｐの根Ｐ１の下方、且つ、栽培槽１１の長手方向（Ｘ方向）には、苗Ｐを支えるための架台１８が載置されている。また、架台１８を含めて栽培槽１１全体が防水シート１９によって覆われている。防水シート１９は、栽培槽１１のＹ方向の長さ（幅）より長く、防水シート１９の両端は、栽培槽１１の外側に垂れ下がっている。また、防水シート１９に覆われた栽培槽１１内を循環する養液１４の上面全面は、さらにシート１３によって覆われている。シート１３のＹ方向の長さ（幅）は、栽培槽１１のＹ方向の長さ（幅）より長い。Ｙ方向についても、シート１３の両端は、栽培槽１１の外側に垂れ下がっている。なお、栽培の初期には、苗Ｐは支持ボード１７により支持されるが、その後はシート１３により支持される。生長した植物の重量によってシート１３が撓まないように、栽培の後期には、錘としてシート１３の両端に、Ｘ方向に沿ってパイプＷが取り付けられる。パイプＷの重さは、シート１３が養液１４の液面から離れないように調節される。また、架台１８が苗Ｐの下方に載置されることによって、苗Ｐが生長して重量が大きくなっても、架台１８によって支えられるのでシート１３の中央部分が凹むことはない。

排液路１６の上面の高さを変えることにより、後述するように、苗Ｐの根Ｐ１にかかる水分ストレスを調節することができる。本実施形態１においては、排液路１６の長さの異なる数種類のものを用意し、これらを交換することによって排液路１６の上面の高さを変えている。なお、排液路１６を昇降可能な構造として、排液路１６の上面の高さを変えられるようにしてもよい。

栽培槽１１内には、支持ボード１７が設置されている。図３は、支持ボード１７の部分斜視図である。図４は、支持ボード１７の平面図である。図３、図４に示されるように、支持ボード１７は、Ｘ方向の長さＸ１が１０００ｍｍであり、Ｙ方向の幅Ｙ１が３００ｍｍであり、Ｚ方向の厚みＺ１が１５ｍｍの長方形の板である。支持ボード１７は、材質がスタイロフォームからなる板である。

図４に示されるように、支持ボード１７には、Ｘ方向に１０個の支持孔１７ａが等間隔に形成されている。本実施形態１においては、支持孔１７ａのピッチ（株間）Ｄ１が１００ｍｍであり、支持孔１７ａの孔径Ｄ２が２５ｍｍである。支持ボード１７は、Ｙ方向（幅方向）の両端が栽培槽１１の内面に嵌め込まれることにより、栽培槽１１に固定される。

このような構成を有する水耕栽培装置１０において、農作物を始めとする植物の水耕栽培が行われる。

図１に示されるように、支持ボード１７は、栽培の最初の段階において、苗Ｐを支持する。苗Ｐは、例えば培土から発芽したトマトの苗を、株ごとに切り分けて、苗Ｐの根Ｐ１の周囲を覆う培土Ｐ２ごと取り出したものである。苗Ｐの根Ｐ１の周囲は、破線で示される培土Ｐ２によって覆われている。培土Ｐ２が、支持孔１７ａに嵌合することによって、苗Ｐは、支持ボード１７に支持される。

苗Ｐの根Ｐ１がシート１３の上面に接触するように、支持ボード１７の高さが調節される。支持ボード１７の高さは、支持ボード１７のＹ方向（幅方向）の両端が栽培槽１１の内面に嵌合する位置をＺ方向にずらすことにより調節される。

本実施形態１においては、養液１４に溶解させる肥料として、有機質肥料を用いている。具体的には、微生物源として土壌およびバーク堆肥、有機質肥料としてコーンスティープリカー、ぼかし肥、魚粉、油粕、米糠、かつお煮汁、メタン消化液、家畜糞尿等、又はこれらの混合物等の種々の肥料を混合して、一定期間培養した養液を作製している。養液１４は、給液ポンプ２２により養液タンク２１から給液配管２３ａ（汲み上げ配管）を介して汲み上げられ、給液配管２３を介して栽培槽１１内に供給される。

シート１３の下から上面に浸み出してくる養液１４を、苗Ｐの根Ｐ１が吸収して苗Ｐおよび根Ｐ１が生長する。その時点では、図１に示されるように、根Ｐ１が十分生長し、シート１３の上面に張り巡らされているため、苗Ｐはシート１３によって支持される。なお、根Ｐ１はシート１３の上面のＹ方向にも幅広く生長するため、植物の重量はシート１３のＹ方向の全体にかかり、シート１３のＹ方向の中央部分が凹むことはない。

植物の生長に応じて、排液路１６の上面の高さが調節される。排液路１６の上面の高さを高くすると、栽培槽１１内の養液１４の液面が上昇する。これにより、栽培槽１１の内底面１１ａの単位面積当たりにかかる水圧が増大する。この反作用により、栽培槽１１の内底面１１ａから養液１４にかかる圧力も増大する。パスカルの原理により、栽培槽１１内の養液１４の全ての方向にかかる圧力が同様に増大する。これにより、養液１４の液面からシート１３にかかる圧力も増大する。その結果、単位時間当たりにシート１３を透過する養液１４の量が増加する。したがって、苗Ｐの根Ｐ１にかかる水分ストレスは小さくなる。

一方、排液路１６の上面の高さを低くした場合には、栽培槽１１の内底面１１ａの単位面積当たりにかかる水圧が減少する。これにより、養液１４の液面からシート１３にかかる圧力も減少する。その結果、単位時間当たりにシート１３を透過する養液１４の量が減少する。したがって、苗Ｐの根Ｐ１にかかる水分ストレスは大きくなる。このように、水分ストレスを変化させることによって植物の生長を調節することができるので、適切な草勢を維持することができる。

養液１４はシート１３の下から少しずつ上面に浸み出してくるため、根Ｐ１は養液１４中に深く潜った状態とはならず、根Ｐ１の下半面のみが養液１４に浸された状態が維持される。根Ｐ１は、シート１３の上面に沿って張り巡らされ、一面に拡がる。シート１３は根Ｐ１を透過させないため、養液１４中に根Ｐ１が生い茂ることはない。また、根Ｐ１の上半面は空気に曝されているため、根Ｐ１の酸素不足が起こるおそれもない。

これにより、養液中に根が生い茂ることによって溶存酸素（ＤＯ）が不足すること、根が生い茂ることによって養液の流れが妨害されること、それらによって植物の生育不良が起こること、根腐れが起こること、といった従来の水耕栽培の問題点を全て解消することができる。

また、微生物も養液１４とともにシート１３を透過する。この結果、根Ｐ１の表面には多種多様な微生物の棲みかであるバイオフィルムが形成される。バイオフィルムの中には硝化菌が含まれることから、養液１４に溶解した有機質肥料が分解されて無機化される。無機化により得られた硝化成分が、根Ｐ１に吸収される。さらに、本発明者らは、バイオフィルムが静菌作用を有することを実験により確認した。このため、バイオフィルムが形成された根Ｐ１は、例えばトマト等のナス科の果菜類に重大な被害をもたらす青枯れ病菌等の侵入を防御することができる。

このように、本実施形態１の水耕栽培装置１０においては、根Ｐ１の表面にバイオフィルムが形成されるため、有機質肥料が溶解した養液１４を用いて苗Ｐを水耕栽培することができる。すなわち、化学肥料を用いる必要がないので環境負荷を低減することができる。

また、上述したように、排液路１６の上面の高さを変えることにより、苗Ｐの根Ｐ１にかかる水分ストレスが調節される。したがって、適度の水分ストレスを与えることによって、植物がイチゴ、トマト等の果菜類の場合には、その果実の糖度および機能性成分を高くすることができるので、品質の向上につながる。さらに、結実時に果実にひび割れが生ずる事態が防止される。その他の植物の場合にも、適度の水分ストレスを与えることによって、植物が良好に生育する。

［実施形態２］
図５は、本実施形態２に係る水耕栽培装置３０の全体構成を示す図である。図５に示されるように、水耕栽培装置３０は、上記実施形態１と同様に、栽培槽３１と、シート３３と、支持ボード３７と、架台３８と、防水シート３９と、肥料が溶解した養液３４を栽培槽３１内に供給する供給手段２０とを備える。上記実施形態１と同様に、供給手段２０は、養液タンク２１と、給液ポンプ２２と、給液配管２３、２３ａとから構成される。

本実施形態２に係る水耕栽培装置３０が、上記実施形態１と異なる点は、栽培槽３１の構造と、シート３３の設置方法である。

栽培槽３１は、上方が開放された、長手方向をＸ方向とする箱形の水槽である。この栽培槽３１は、例えば繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastic、以下「ＦＲＰ」という。）、ポリプロピレン、ポリカーボネート等のプラスチック材料を用いて作製することができる。本実施形態２においては、ＦＲＰを用いて栽培槽３１を作製している。栽培槽３１は、その内底面３１ａの−Ｘ側の一端に排液口３２を有している。排液口３２には、排液路３６が接続されている。

栽培槽３１には、堰部材３５が設けられている。堰部材３５は、排液口３２の＋Ｘ側に配置され、栽培槽３１を、養液３４が貯えられ、苗Ｐが収容される部分と、養液３４が排出される部分に２分する。栽培槽３１内に供給された養液３４は、堰部材３５の高さまで溜まると堰部材３５を越えて、排液口３２側に溢れ出す。これにより、養液３４の水位は、堰部材３５の高さと同じ高さに調節される。

シート３３は、長方形の織物からなるシートである。シート３３の大きさは、３００ｃｍ×１２５ｃｍである。シート３３は、微生物および養液３４は透過できるが、苗Ｐの根Ｐ１は透過できない大きさの多数の網目を有する。本実施形態２においては、シート３３として、東洋紡（株）製の防根透水シート（品番ＢＫＳ０８１２）を用いている。この防根透水シートの網目の一辺の長さは、３０μｍ以上８０μｍ以下である。養液３４の液面上および堰部材３５の上に、シート３３が載置される。

本実施形態２においては、栽培槽３１は、排液口３２以外に、内底面３１ａに設けられた排出路４１を有する。排出路４１は、排出バルブ４２によって開閉可能である。

図６は、図５の６−６断面図である。図６に示されるように、苗Ｐの根Ｐ１の下方、且つ、栽培槽３１の長手方向（Ｘ方向）には、苗Ｐを支えるための架台３８が載置されている。また、架台３８を含めて栽培槽３１全体が防水シート３９によって覆われている。防水シート３９は、栽培槽３１のＹ方向の長さ（幅）より長く、防水シート３９の両端は、栽培槽３１の外側に垂れ下がっている。また、防水シート３９に覆われた栽培槽３１内を循環する養液３４の上面全面は、さらにシート３３によって覆われている。

本実施形態２においては、シート３３は、図６に示されるように、Ｙ−Ｚ断面が袋状になるように、栽培槽３１内に設置される。これにより、袋状に設置されたシート３３の内部に養液３４が充填されたような状態となる。すなわち、栽培槽３１の内部において、養液３４が流れる方向であるＸ方向とは垂直な方向であるＹ方向の、シート３３の一端が、栽培槽３１の内面に沿って下方に入り込んでいる。

このような構成を有する水耕栽培装置３０において、農作物を始めとする植物の水耕栽培が行われる。図５に示されるように、上記支持ボード１７と同様の支持ボード３７が、栽培槽３１の中に、設置されている。この支持ボード３７の支持孔３７ａの中に、苗Ｐが配置される。具体的には、図５に示されるように、支持孔３７ａに、破線で示される培土Ｐ２が嵌合する。これにより、苗Ｐが、支持ボード３７に支持される。

ここで、苗Ｐの根Ｐ１がシート３３の上面に接触するように、支持ボード３７の高さが調節される。支持ボード３７の高さは、支持ボード３７のＹ方向（幅方向）の両端が栽培槽３１の内面に嵌合する位置をＺ方向にずらすことにより調節される。

給液ポンプ２２が駆動して、養液３４が養液タンク２１から給液配管２３ａを介して汲み上げられ、給液配管２３を介して栽培槽３１内に供給される。シート３３は少量ずつしか養液３４を透過しないため、シート３３の下面から上面へ浸み出すように養液３４が供給される。

シート３３の下から上面に浸み出してくる養液３４を、苗Ｐの根Ｐ１が吸収して苗Ｐおよび根Ｐ１が生長する。その時点では、図５に示されるように、根Ｐ１が十分生長してシート３３の上面に張り巡らされているため、苗Ｐはシート３３によって支持される。なお、架台３８が載置されているので、苗Ｐが生長して重量が大きくなっても、架台３８によって支えられるのでシート３３の中央部分が凹むことはない。

また、上述したように、栽培槽３１の内部において、養液３４が流れる方向であるＸ方向とは垂直な方向であるＹ方向の、シート３３の一端が、栽培槽３１の内面に沿って下方に入り込んでいる。これにより、図６において、根Ｐ１がＹ方向に生長して栽培槽３１の内壁に達しても、隙間３３ａから下方に、さらに根Ｐ１が生長することができる。したがって、根Ｐ１の生長範囲をより広くすることができる。

植物の生長に応じて、堰部材３５の高さが調節され、植物に水分ストレスが与えられる。本実施形態２の水耕栽培装置３０においては、排出バルブ４２を開閉することによっても、植物に与えられる水分ストレスが調節される。排出路４１および排出バルブ４２は、堰部材３５を交換することなく、養液３４の水位を調節する役割をする。

排出バルブ４２を開いて、養液３４の水位を低くすると、栽培槽３１の内底面３１ａの単位面積当たりにかかる水圧が減少する。これにより、養液３４の液面からシート３３にかかる圧力も減少する。その結果、単位時間当たりにシート３３を透過する養液１４の量が減少する。したがって、苗Ｐの根Ｐ１にかかる水分ストレスは大きくなる。このように、水分ストレスを変化させることによって植物の生長を調節することができるので、適切な草勢を維持することができる。

本実施形態２の水耕栽培装置３０においても、根Ｐ１の表面にバイオフィルムが形成されるため、有機質肥料が溶解した養液３４を用いて苗Ｐを水耕栽培することができる。すなわち、化学肥料を用いる必要がないので環境に優しく、人体に悪影響を与えない有機質肥料栽培が実施できる。

［実施形態３］
図７は、本実施形態３に係る水耕栽培装置４０のＹ−Ｚ方向の断面を示す断面図である。水耕栽培装置４０の全体構成は、図５に示される実施形態２の水耕栽培装置３０とほぼ同じである。すなわち、水耕栽培装置４０は、上記実施形態２と同様に、栽培槽３１と、シート４３と、支持ボード３７と、架台３８と、防水シート３９と、図示しない堰部材と、肥料が溶解した養液３４を栽培槽３１内に供給する図示しない供給手段とを備える。上記実施形態１および２と同様に、供給手段は、養液タンクと、給液ポンプと、給液配管とから構成される。

本実施形態３に係る水耕栽培装置４０が、上記実施形態２と異なる点は、栽培槽３１内におけるシート４３の設置方法である。

シート４３は、長方形の織物からなるシートである。シート４３の大きさは、３００ｃｍ×１２５ｃｍである。シート４３は、微生物および養液３４は透過できるが、苗Ｐの根Ｐ１は透過できない大きさの多数の網目を有する。本実施形態３においては、シート４３として、東洋紡（株）製の防根透水シート（品番ＢＫＳ０８１２）を用いている。この防根透水シートの網目の一辺の長さは、３０μｍ以上８０μｍ以下である。養液３４の液面上および図示しない堰部材の上に、シート４３が載置される。

本実施形態３においては、シート４３は、図７に示されるように、Ｙ−Ｚ断面が筒状になるように、栽培槽３１内に設置される。これにより、筒状に設置されたシート４３の内部に養液３４が充填されたような状態となる。すなわち、栽培槽３１の内部において、養液３４が流れる方向であるＸ方向とは垂直な方向であるＹ方向の、シート４３の両端が、栽培槽３１の内面に沿って下方に入り込んでいる。

これにより、図７において、根Ｐ１がＹ方向に生長して栽培槽３１の内壁に達しても、両端の隙間４３ａから下方に、さらに根Ｐ１が生長することができる。したがって、根Ｐ１の生長範囲をより広くすることができる。

上記実施形態のうち、実施形態２に係る水耕栽培装置３０を用いて、有機質肥料液を用いた中玉トマトの水耕栽培を実施した。

中玉トマトは、育苗培土を充填したセルトレーに播種し、約３週間育苗した苗を水耕栽培装置３０に移植した。最初の堰部材３５の高さは、２０ｍｍとした。有機液肥であるコーンスティープリカー（ＣＳＬ）を、水１リットルに対して０．５ｇ溶解させて、養液を作製した。さらに、コーンスティープリカーを、水１リットルに対して０．５ｇ溶解させて、１日３回追肥した。

トマトの栽培は、低段密植栽培で実施した。トマトの生長に応じて堰部材３５の高さを調節し、適度の水分ストレスがかかるようにした。この結果、約３ヶ月で完熟したカンパリ種の果実を、１果房（１段目に成る房状の果実）、２果房（２段目に成る房状の果実）とも収穫することができた。栽培の結果を、表１に示す。

表１に示されるように、本実施の形態２の水耕栽培装置３０を用いたカンパリ種のトマトの栽培では、有機質肥料液を用いて大量の果実を収穫することができた。また、秀品率も８５〜１００％と極めて高く、結実時のひび割れ等が防止されることが明らかになった。さらに、糖度も６．５〜７．４％と高く、適度の水分ストレスを与えた効果が如実に示されている。

以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上記実施形態および実施例によって限定されるものではない。

例えば、上記各実施形態では、シート１３、３３、４３は、栽培槽１１、３１の内底面１１ａ、３１ａの全面を覆うように設置される場合について説明した。これに限らず、シートが栽培槽の内底面の一部のみを覆うように設置されてもよい。この場合には、シートで覆われない養液面を有することになるが、栽培槽内の養液の水位は堰部材等によって限定されるため、養液がシートの上に溢れ出すおそれはない。

また、上記実施例では、植物として果菜類であるトマトを栽培した例について説明した。これに限らず、栽培する植物としては、イチゴ等のトマト以外の果菜類でも、サラダ菜、コマツナ等の葉菜類でも、観賞用の花卉類であってもよい。

上記実施形態で示した支持ボード１７の各部の寸法は一例に過ぎず、どのような寸法にしてもよい。また、上記各実施形態では、支持ボード１７、３７に直線状に一列に並んだ１０個の支持孔１７ａ、３７ａを設けた場合について説明した。これに限らず、支持ボードには、何列の支持孔を何個設けてもよい。

また、上記各実施形態では、栽培槽１１、３１には、１枚の支持ボード１７、３７が設置されている場合について説明した。これに限らず、栽培槽には、２枚以上の支持ボードが設置されていてもよい。

また、上記各実施形態および実施例では、有機質肥料としてコーンスティープリカーを用いた場合について説明した。これに限らず、有機質肥料としては、堆肥、ぼかし肥、魚粉、油粕、米糠、家畜糞尿等、又はこれらの混合物等の種々の肥料を用いることができる。

また、上記各実施形態および実施例では、養液に溶解させる肥料が有機質肥料である場合について説明した。これに限らず、養液に溶解させる肥料は、有機質肥料と化学肥料の混合物であってもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態および変形が可能とされるものである。上述した実施形態および実施例は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

本発明に係る水耕栽培装置および水耕栽培方法は、植物の種類に応じて、最適な養液の濃度、養液の循環速度、養液の水位等の栽培管理条件を日単位、週単位、月単位で調整することにより、サラダ菜、コマツナ等の葉菜類、トマト、イチゴ等の果菜類を始めとして、多品種、多種類の植物を栽培することが可能である。

１０、３０、４０ 水耕栽培装置
１１、３１ 栽培槽
１１ａ、３１ａ 内底面
１２、３２ 排液口
１３、３３、４３ シート
１４、３４ 養液
３５ 堰部材
１６、３６ 排液路
１７、３７ 支持ボード
１７ａ、３７ａ 支持孔
１８、３８ 架台
１９、３９ 防水シート
２０ 供給手段
２１ 養液タンク
２２ 給液ポンプ
２３、２３ａ 給液配管
３３ａ、４３ａ 隙間
４１ 排出路
４２ 排出バルブ
Ｐ 苗
Ｐ１ 根
Ｐ２ 培土

Claims (16)

1. 養液が供給される栽培槽と、
   前記栽培槽の内部で、植物の苗を支持する支持手段と、
   前記支持手段に支持される前記苗の下方に架設され、前記養液に含まれる微生物が透過可能で、前記苗の根が透過不可能なシートと、
   前記シートの上方に位置する前記苗へ、前記シートの下方から前記養液を供給する供給手段と、
   を備える水耕栽培装置。
2. 前記栽培槽は排液口を有し、
   前記排液口には排液路が接続されており、
   前記排液路が直接に前記シートを持ち上げることによって前記養液の水位を調節する請求項１に記載の水耕栽培装置。
3. 前記栽培槽は排液口を有し、
   前記排液口には排液路が接続されており、
   前記栽培槽を、前記苗が収容される部分と、前記排液口を含む部分に区分し、前記栽培槽内の前記養液の水位を調節する堰部材を備え、
   前記シートは、上面が前記苗の根に接触し、下面が前記養液の液面に接触して前記養液を下面側から上面側へ透過させ、前記養液の水位が上下するのに伴って上下し、前記微生物は透過できるが前記苗の根は透過できない大きさの多数の孔を有するシートである請求項１に記載の水耕栽培装置。
4. 前記養液を貯留する養液タンクを備え、
   前記供給手段は、前記養液タンクの前記養液を前記栽培槽へ供給する請求項２または３に記載の水耕栽培装置。
5. 前記排液路は、前記排液口から排出された前記養液を、前記養液タンクへ戻す請求項４に記載の水耕栽培装置。
6. 前記栽培槽の内底面の全面を覆う防水シートを有する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
7. 前記栽培槽の内部において、前記養液が流れる方向とは垂直な方向の前記シートの一端または両端が、前記栽培槽の内面に沿って下方に入り込んでいる請求項１乃至６のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
8. 前記養液に溶解した肥料は、有機質肥料を含有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
9. 前記苗の根は、表面にバイオフィルムが形成される請求項１乃至８のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
10. 前記植物は、果菜類である請求項１乃至９のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
11. 前記植物を前記シートの下から支持する架台を有する請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の水耕栽培装置。
12. 植物を栽培するための水耕栽培方法であって、
    微生物は透過できるが前記植物の苗の根は透過できない大きさの多数の孔を有するシートを、前記植物の苗を支持する栽培槽に設ける工程と、
    前記植物の苗を、前記シートの上に配置する工程と、
    肥料が溶解した養液を前記栽培槽内の前記シートの下に供給する工程と、
    を含む水耕栽培方法。
13. 前記シートの前記栽培槽の内底面からの高さを調節する工程を含む請求項１２に記載の水耕栽培方法。
14. 前記肥料は、有機質肥料を含有する請求項１２または１３に記載の水耕栽培方法。
15. 前記植物の苗の根の表面にバイオフィルムを形成する工程を含む請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の水耕栽培方法。
16. 前記苗を、前記シートの上に培土ごと配置する請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載の水耕栽培方法。

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